摘要：过渡金属磷化物(TMP)作为一种理想的甲醇电氧化助催化剂,因其具有多功能活性位点、结构和组成可调、独特的物理化学性质和高效的多组分协同效应等优势而受到越来越多的关注。本文综述了过渡金属磷化物促进甲醇电氧化的研究进展,包括催化剂的制备及其催化甲醇电氧化的性能评估。首先,介绍了TMP对催化甲醇氧化反应的促进作用,然后在正文中讨论了基于不同金属中心的TMP催化剂体系的制备与性能研究。从电子效应和基于双功能催化机制的亲氧性来看,TMPs对催化甲醇氧化有明显的促进作用。最后,我们讨论了在催化剂理性设计及其催化机理探索和燃料电池装置应用中应注意的问题和挑战,希望对新型催化剂体系的设计和制备有一定的指导意义。

摘要：电催化水分解是实现绿色制氢的理想方法之一.然而,阳极析氧反应(OER)固有的缓慢动力学和高理论电压(1.23V),使得电解水制氢的能效受到严重限制.采用理论电位更低和热力学更有利的小分子氧化反应替代OER过程,可以在降低电能耗的同时降解污染物或生成有附加值的产物,能够带来多重效益.尿素氧化反应(UOR)具有较低的理论电压(0.37V),是替代OER的潜在反应之一.然而,UOR中复杂的六电子转移严重阻碍了尿素电解的整体效率.因此,设计经济且高效的电催化剂来促进UOR固有的缓慢动力学过程非常必要.硒化镍具有电子构型多样和结构调控灵活等优点,被认为是有效的UOR催化剂.然而,UOR过程涉及催化剂表面多种反应中间体的吸附/解吸,单相催化剂要同时满足多种反应中间的吸附/解吸是一项艰巨的挑战.众所周知,非均相电催化涉及电子转移以及电催化剂表面反应物和产物的吸附和解吸.因此,催化剂的电催化性能在很大程度上取决于材料表面的电子特性.通过构建异质结构是一种有效策略,可以调节电催化剂的电子结构,优化反应中间体的化学吸附行为,实现不同组份高效协同电催化.研究表明,通过界面工程优化结构和电子特性可进一步促进UOR的动力学.MoSe_(2)具有良好的稳定性和导电性,与镍基催化剂组合构建异质结构能够改善电催化反应中的催化动力学.本文通过简单的水热和低温硒化方法构建了异质NiSe_(2)/MoSe_(2)微球作为UOR的电催化剂.差分电荷密度和Mulliken电荷分析结果表明,MoSe_(2)与NiSe_(2)的耦合引起界面处的电荷重新分布,促使电子从NiSe_(2)向MoSe_(2)转移,更容易形成高价态Ni(NiOOH)活性物种.另外,异质界面的构建优化了催化剂表面的电子结构并调节d带中心,改变反应途径,降低反应能垒,从而提高UOR的反应活性.异质结NiSe_(2)/MoSe_(2)微球由于其独特的结构特征、强的协同耦合作用、增加的活性中心和高含量的高价Ni3+物种的综合优势而具有高效的催化性能.当负载在玻碳电极上时,仅需1.33 V的电压就能驱动10 m Acm^(-2)的电流密度,该活性优于大多数已报道的非贵金属UOR催化剂.将NiSe_(2)/MoSe_(2)催化剂组装到UOR//HER电解槽中时,NiSe_(2)/MoSe_(2)|Pt/C具有较低的操作电压和长期稳定性,在1.47 V的电池电压下电流密度达到10 m Acm^(-2),比单纯的水电解降低了约220 m V.与OER相比,热力学上有利的UOR可以作为阳极OER替代反应.综上,本文为能源/环境相关的催化反应提供了一个有效的催化剂体系,对构建高效异质结催化系统具有借鉴意义.

摘要：析氧反应(OER)是水分解中重要的半反应,为提高其催化性能,开发高效非贵金属催化剂已成为当前的研究重点。铁镍(FeNi)基材料被认为是最好的预催化剂,在催化过程中,它们的表面将转变成高价态金属氧化物或氢氧化物作为真正的活性物质。FeNi基预催化剂的结构和形貌在很大程度上影响了其催化性能,因此,优化和调整FeNi基预催化剂的结构和化学环境可以提高电催化性能。基于我们的研究工作,我们撰写了FeNi基预催化剂的表面结构调控促进电化学析氧反应的研究进展。我们首先介绍了碱性OER的反应机理,然后从杂原子掺杂、表面成分改性、选择性结构转变、表面化学状态调节、异质结构构建和载体效应等方面讨论了FeNi基预催化剂表面调控对析氧反应性能的影响。尽管在OER反应中FeNi都被认为转变成高价态的金属活性物质,Fe/Ni体系的表面结构、形貌和化学状态仍然能够显著影响其最终的催化性能,即FeNi基预催化剂的性质会影响析氧反应的催化性能。通过精细设计并尽量提高Fe和Ni的协同作用将有利用提升氧析出的催化性能。我们希望本综述能够对FeNi基预催化剂的制备和表界面性质调控与电催化析氧反应性能的理解有所帮助。

摘要：设计了一个基于尿素电氧化反应的综合化学实验,该实验采用三电极体系对镍电极上的尿素电氧化行为进行了详细的循环伏安测试,通过数据分析可求算出尿素分子的扩散系数、反应的传递系数、反应级数等重要的物理化学参数,将电催化研究前沿与本科课程中电分析和化学动力学及电解与极化作用等内容紧密结合;并采用两电极体系构建尿素辅助电解制氢装置模拟实际应用,能够充分培养学生运用基础知识解决科研问题的能力,体现了“基础知识–理论研究–实际应用”的实验教学思维模式,适合作为面向高年级本科生的综合实验教学课程。